CN102206725A - 二步法生产还原铁粉的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明一种二步法生产还原铁粉的工艺，其特征在于，它用配煤还原球团，或者铁块矿与配煤组成的混合物，或者碳铁矿压块作炉料，并对炉料进行干燥处理；然后将炉料设入加温设备中进行加温至1000-1300℃，加温热量来自于还原工序中还原炉供给的CO，加温设备自身的喷煤燃烧系统用于需要时的热量补充；再将炉料投入还原炉中加温至1300-1500℃进行还原处理；最后将还原后的炉料进行冷却，粉碎，精选处理，得成品铁粉。本发明工艺更为合理，它充分利用了工艺过程中产生的CO，将原有技术中加温和还原放在一起的一步法还原工艺，分解为O环境和C环境在二步工艺，并在不同的容器里反应，这样大大降低了CO排放，降低了工艺能耗。

Description

二步法生产还原铁粉的工艺
技术领域
本发明涉及的是冶金技术领域，具体地说本发明属于非高炉炼铁的煤基二步法生产还原铁粉的工艺。
背景技术
由于传统的高炉炼铁方式投资大、能耗高、流程长、污染严重，所以高炉炼铁的工艺不是人们的最佳选择。为了克服高炉炼铁的种种缺憾，人们研究开发了多种非高炉炼铁的方法，这些方法包括直接还原法和熔融还原法。直接还原铁(DRI)法是铁矿石在固态条件下不熔化、不造渣，将其还原为金属铁的工艺。DRI由于其成分稳定、有害元素含量低，特别不易氧化的金属夹杂元素少。可以用来作为冶炼优质钢、特殊钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。直接还原铁工艺不用焦炭，原料可使用块矿或球团矿而不用烧结，所以是一种优质、低耗、低污染的炼铁工艺方法，也是世界钢铁冶金的前沿技术之一。
直接还原法分气基法和煤基法两大类。气基法是用天然气经裂化产出H2和CO气体，作为还原剂，在竖炉、罐式炉或流化床内将铁矿石中的氧化铁还原成为海绵铁。主要有Midrex法、HYL Ⅲ法、FIOR法等。煤基法是用煤作还原剂，在竖炉、回转窑、隧道窑、转底炉等设备内将铁矿石中氧化铁还原的方法。目前，世界上70%以上的直接还原铁产量是用气基法生产出来的。但是由于天然气资源的地域限制和价格昂贵，促使其生产量增长不快。用便宜的煤作还原剂的直接还原法是最古老的冶铁方法，但是它的产量现在却只是世界铁产量的百分之一。究其原因，还是工艺问题，用隧道窑法生产的海绵铁的能耗几乎是理论值的4倍，这不能不说是阻碍煤基直接还原法发展的重要因素。
要把铁矿石还原成铁，需要有两种能量参加反应。第一种能量是把铁矿石加热到1000℃以上的热能，它的反应过程是要在一个富氧（O）的环境中才合理。另一种能量就是把铁矿石中的O还原出来的化学能，它需要在一个富H或富C的反应环境；本发明使用煤基来还原铁，所以在工艺中应该有一个富C的环境存在。
在还原铁的工艺过程当中，还有一个与氧化铁还原成铁的结果没有直接关系的能量，就是CO携带的化学能。把氧化铁还原成铁，如果用煤来做还原剂那就是用C把氧化铁中的O携带出来；其最理想的结果是在还原工艺的最后得到的都是CO2。但是，在铁熔化温度的附近，存有大量C时，CO2就很难存在，因为在多C的环境中高温会使CO2裂解成为CO（Boudouard反应）。CO携带的化学能是巨大的，它占到煤能量的72％。还原工艺如果处理不好CO，那就会造成工艺能量损失。
O环境和C环境在高温下是相互矛盾的环境，在一个工艺容器里很难处理好这个矛盾（不过高炉法就处理好这一矛盾，在炉缸部为C环境，在炉身部为O环境，所以高炉法的能耗最低）。要解决这个矛盾的最好办法，就是把它们分解成为二步工艺（煤基直接还原法中原来也有一个二步法，就是把炉料烧制称做第一步，显然这是不合理的，因为没人会把高炉法称作二步法）法。
在C基还原铁的工艺当中，处理好Boudouard反应产生的CO不使大量流失是还原铁技术的关键所在。隧道窑工艺为减少CO流失只有降低还原温度，这样使还原时间延长至50小时，降低了生产率；为解决问题，有人设想出两焰隧道窑无罐快速还原法，他想用隔窑的办法引出再烧CO，但是在一个窑体里是很难把事情做好的。转底炉法的解决办法是由日本神户制钢所提出的转底炉及其运转方法（ZL200680040858.4），它也是采用隔炉的办法，在炉内再燃CO；该技术把还原时间缩短到十分钟，号称是第三代炼铁法(ITmk3)；不过转底炉本来就不是大规模生产工艺，所以它的发展受到制约。链篦机-回转窑法是现有煤基直接还原法中处理CO最好的工艺，所以它的工艺能耗最低，占煤基DRI产出量的比例也最大；只是因为结圈问题使它无法提高还原温度，而延长了工艺还原时间，因此也不能完善DRI的还原质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种工艺更为合理、有效降低能耗的二步法生产还原铁粉的工艺。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种二步法生产还原铁粉的工艺，其特点是，其步骤如下：
（1）   炉料准备：用配煤还原球团，或者铁块矿与配煤组成的混合物，或者碳铁矿压块作炉料，并对炉料进行干燥处理；
（2）   加温：将炉料设入加温设备中进行加温至1000-1300℃，加温热量来自于还原工序中还原炉供给的CO，加温设备自身的喷煤燃烧系统用于需要时的热量补充；
（3）   还原：将炉料投入还原炉中加温至1300-1500℃进行还原处理；
（4）   炉料处理：将还原后的炉料进行冷却，粉碎，精选处理，得成品铁粉。
以上所述的二步法生产还原铁粉的工艺技术方案的步骤（2）中，所述的加温设备可以为各种敞焰或内焰对物体加热的竖炉、带式炉、隧道窑、辊道窑、回转窑和转底炉等设备，最优选为敞焰或内焰式的竖炉、带式炉或回转窑。
以上所述的二步法生产还原铁粉的工艺技术方案的步骤（3）中，所述的还原炉优选为竖炉、斜坡炉、罐式炉或流化床。
以上所述的二步法生产还原铁粉的工艺技术方案的步骤（3）中，所述的还原炉进一步优选为内燃式斜坡炉或竖炉，其还原能量来自喷煤孔喷入的碳燃料；所述的碳燃料为煤、废塑料粉、废橡胶粉或其他含碳粉料；在内燃式斜坡炉或竖炉底部还设有备用电加热装置，这样可以在需要的时候进行电加热。
本发明工艺中，优选链篦机进行干燥处理，优选环冷机进行冷却处理。本发明所述的精选处理工艺可以为磁选、筛分等常规铁粉的精选处理工艺。
本发明工加温工序的加温热量来自于还原炉，需要从还原炉中引出CO至加温设备的燃烧系统，当CO足够时，可不不需要热量补充，只有当CO不够时，才需要加温设备自身的喷煤燃烧系统用于热量补充。
所述的配煤还原球团的主要成分为铁矿粉、配煤（还原剂）、易选剂(脱P、S、Si剂和催化剂)和粘合剂。本发明工艺也可以直接使用块矿或者碳铁矿压块。
在加温工艺段，在大的富O燃烧环境中在炉料里还存在一个小的C预还原环境，它可以将铁矿石预还原50～70％，它需要的C来自球团配碳和回转窑（加温设备）窑尾的加煤。窑尾加煤中可以添加10～40％的白云石粉或石灰粉，用于脱去煤中的S、P和提高回转窑的不结圈温度。窑尾加煤料还有的作用是保护球团不破碎，使回转窑可以处理球团矿强度和转鼓指数较低炉料。调整链篦机的出料温度（影响尾气最高温度）、回转窑的出料温度(结圈和还原段的能耗)、球团的配碳和窑尾的加煤量（影响尾气的CO含量，在回转窑富O高温下可以燃烧一部分），使整个系统运行在最佳状态下。
在还原工艺段：还原炉在喷煤或者其它含灰分的碳粉时，加入10～20％的白云石粉或石灰粉，以降低灰分的烧结温度。在大量的C存在的高温还原炉内，C会到处寻找O最后生成CO，所以铁氧化物会很快被还原成铁。控制空气，也就是O的进入量和节奏，使还原炉内空间有时变为O环境，以尽量增加排出气体的CO2含量，使更多的能量留在还原炉内。炉料排出前要把炉料加温到1423℃（FeO消失温度）以上，使其中的FeO（浮氏体）含量降到最低，而铁又不熔化流淌。
与现有技术相比，本发明工艺更为合理，它充分利用了工艺过程中产生的CO，将原有技术中加温和还原放在一起的一步法还原工艺，分解为O环境和C环境在二步工艺，并在不同的容器里反应，这样大大降低了CO排放，降低了工艺能耗。
附图说明
图1为本发明的一种工艺流程示意图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1。一种二步法生产还原铁粉的工艺，其步骤如下：
（1）   炉料准备：用配煤还原球团，或者铁块矿与配煤组成的混合物，或者碳铁矿压块作炉料，并对炉料进行干燥处理；
（2）   加温：将炉料设入加温设备中进行加温至1000，加温热量来自于还原工序中还原炉供给的CO，加温设备自身的喷煤燃烧系统用于需要时的热量补充；
（3）   还原：将炉料投入还原炉中加温至1300℃进行还原处理；
（4）   炉料处理：将还原后的炉料进行冷却，粉碎，精选处理，得成品铁粉。
实施例2。一种二步法生产还原铁粉的工艺，其步骤如下：
（1）   炉料准备：用配煤还原球团，或者铁块矿与配煤组成的混合物，或者碳铁矿压块作炉料，并对炉料进行干燥处理；
（2）   加温：将炉料设入加温设备中进行加温至1300℃，加温热量来自于还原工序中还原炉供给的CO，加温设备自身的喷煤燃烧系统用于需要时的热量补充；
（3）   还原：将炉料投入还原炉中加温至1500℃进行还原处理；
（4）   炉料处理：将还原后的炉料进行冷却，粉碎，精选处理，得成品铁粉。
实施例3。一种二步法生产还原铁粉的工艺，其步骤如下：
（1）   炉料准备：用配煤还原球团，或者铁块矿与配煤组成的混合物，或者碳铁矿压块作炉料，并对炉料进行干燥处理；
（2）   加温：将炉料设入加温设备中进行加温至1200℃，加温热量来自于还原工序中还原炉供给的CO，加温设备自身的喷煤燃烧系统用于需要时的热量补充；
（3）   还原：将炉料投入还原炉中加温至1450℃进行还原处理；
（4）   炉料处理：将还原后的炉料进行冷却，粉碎，精选处理，得成品铁粉。
实施例4。实施例1或2或3所述的二步法生产还原铁粉的工艺的步骤（2）中，所述的加温设备为敞焰或内焰式的竖炉、带式炉或回转窑。
实施例5。实施例1或2或3所述的二步法生产还原铁粉的工艺的步骤（3）中，所述的还原炉为竖炉、斜坡炉、罐式炉或流化床。
实施例6。实施例1或2或3所述的二步法生产还原铁粉的工艺的步骤（3）中，所述的还原炉为内燃式斜坡炉或竖炉，还原能量来自喷煤孔喷入的碳燃料；所述的碳燃料为煤、废塑料粉、废橡胶粉或其他含碳粉料；在内燃式斜坡炉或竖炉底部还设有备用电加热装置。

Claims (4)

1.一种二步法生产还原铁粉的工艺，其特征在于，其步骤如下：
（1）炉料准备：用配煤还原球团，或者铁块矿与配煤组成的混合物，或者碳铁矿压块作炉料，并对炉料进行干燥处理；
（2）加温：将炉料设入加温设备中进行加温至1000-1300℃，加温热量来自于还原工序中还原炉供给的CO，加温设备自身的喷煤燃烧系统用于需要时的热量补充；
（3）还原：将炉料投入还原炉中加温至1300-1500℃进行还原处理；
（4）炉料处理：将还原后的炉料进行冷却，粉碎，精选处理，得成品铁粉。
2.根据权利要求1所述的二步法生产还原铁粉的工艺，其特征在于：步骤（2）中，所述的加温设备为敞焰或内焰式的竖炉、带式炉或回转窑。
3.根据权利要求1所述的二步法生产还原铁粉的工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述的还原炉为竖炉、斜坡炉、罐式炉或流化床。
4.根据权利要求1所述的二步法生产还原铁粉的工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述的还原炉为内燃式斜坡炉或竖炉，还原能量来自喷煤孔喷入的碳燃料；所述的碳燃料为煤、废塑料粉、废橡胶粉或其他含碳粉料；在内燃式斜坡炉或竖炉底部还设有备用电加热装置。
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